于浩　李勃呈　劉毅

摘 要：煙機作為主風(fēng)機組能量回收設(shè)備，是催化裂化裝置核心設(shè)備之一。遼陽石化220萬噸/年催化裂化裝置在檢修開工后開始出現(xiàn)煙機結(jié)垢現(xiàn)象，為消除煙機結(jié)垢結(jié)合裝置實際工況制定在線擾動方案。本文介紹遼陽石化220萬噸/年催化裂化裝置煙機在線除垢工作，記錄煙機擾動前后工況，通過對煙機擾動前后功率效率進(jìn)行計算對比，實現(xiàn)核算煙機擾動對煙機效率的影響。結(jié)果表明，煙機在線擾動除垢使煙機效率由擾動前67.92%提升至76.62%，改善煙機的做功能力，并進(jìn)一步實現(xiàn)煙機發(fā)電，實現(xiàn)裝置節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞：催化裂化;煙機在線除垢;長周期;效率計算

遼陽石化公司220萬噸/年重油催化裂化裝置于2019年6月進(jìn)行裝置檢修開工后不久煙機做功逐漸下降，煙機開始出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。為降低能耗，通過調(diào)研其他同類裝置，并結(jié)合本裝置實際運行工況，制定了煙機在線除垢的方案，通過在線除垢改善了煙機的做功能力。本文對煙機在線除垢前后機組的功率進(jìn)行核算，論證煙機在線除垢前后煙機效率變化及調(diào)整方向。

在催化裝置，煙氣輪機的作用是利用再生煙氣中所具有的熱能和壓力能膨脹作功，轉(zhuǎn)化成機械能驅(qū)動主風(fēng)機實現(xiàn)能量回收。當(dāng)煙機負(fù)荷及壓縮比高時，回收的能量不僅可以帶動主風(fēng)機，還能向電網(wǎng)送電。

本裝置設(shè)計煙機可在冬季發(fā)電3個月，但實際因煙機結(jié)垢效率下降導(dǎo)致主風(fēng)機一直處于用電工況，裝置能耗也逐漸升高。本裝置煙機出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象時，主風(fēng)機組電流由開工初期的180A逐漸增至最高400A，功率由1300kW增至最高5600kW。

煙機在線除垢就是利用催化劑垢層與煙機轉(zhuǎn)子的膨脹系數(shù)不同，通過煙氣流量的變化人為改變煙機輪盤溫度，使沉積物脫落，達(dá)到改善煙機效率的目的。2019年11月26日裝置進(jìn)行煙機在線擾動除垢作業(yè)，并于11月27日進(jìn)行主風(fēng)機發(fā)電實驗取得進(jìn)一步成功，發(fā)電時主風(fēng)機組功率穩(wěn)定在-1100kW。隨后機組于12月1日進(jìn)入發(fā)電工況，煙機在線除垢后裝置能耗從52kgoe/t降至50.3kgoe/t。

1 煙機效率計算

為對煙機在線除垢效果進(jìn)行判斷需要對煙機在線除垢前后效率變化進(jìn)行計算分析。首先，將煙機在線除垢前后運行穩(wěn)定工況的主要操作參數(shù)列表如下：

根據(jù)煙機分析結(jié)果可計算得煙風(fēng)比：1.032

煙氣相對分子量：29.58

再生器出口煙氣量：4886.5Nm3/min（2019年11月25日），4929.86Nm3/min（2019年12月5日）

主風(fēng)機出口質(zhì)量流量：

G風(fēng)=

經(jīng)計算得：

G風(fēng)=102.17kg/s（2019年11月25日），103.07kg/s（2019年12月5日）

再生器出口煙氣質(zhì)量流量：

G煙=

經(jīng)計算得：

G煙=107.54kg/s（2019年11月25日），108.5kg/s（2019年12月5日）

煙機功率計算公式為：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm

式中：

Ne-煙機軸功率

Nc-主風(fēng)機軸功率

Ng-齒輪箱耗功

Np-聯(lián)軸節(jié)耗功，取主風(fēng)機功率1%

Nm-電機軸功率

其中電機軸功率Nm=，COSφ=0.9

經(jīng)計算得，電機軸功率：

N=4520.65kW（2019年11月25日），-2509.74kW（2019年12月5日）

電機效率為97%，則：

Nm=N/0.97=4660.46kW（2019年11月25日），-2587.36kW

（2019年12月5日）

主風(fēng)機功率：Nc=Ni+Nq+Nma

式中：

Ni-被壓縮氣體所接受的功率

Nq-殼體經(jīng)輻射和對流傳出熱量的當(dāng)量功率

Nma-軸承消耗的功率

Ni=G×Cp（TOK-TOH）

式中：

G-主風(fēng)質(zhì)量流量

Cp-定壓比熱容，Cp=0.311kcal/（Nm3.℃）=0.24kcal/（kg.K）

TOK、TOH-主風(fēng)出、入口溫度，K

主風(fēng)機效率約為89%，則：

Ni=20939.9kW（2019年11月25日），20228.95kW（2019年12月5日）

殼體經(jīng)輻射和對流傳出熱量的當(dāng)量功率：

Nq=α.A.（Tc-Te）

式中：

α-傳熱系數(shù)=14J/（m2.s.K）

A-傳熱面積

Tc、Te-風(fēng)機外表溫度及環(huán)境溫度

Nq=116.48kW（2019年11月25日），122.85kW（2019年12月5日）

軸承消耗的功率：

Nma=ρ.Q.C.Δt

式中：

Q-軸承耗油量，m3/s

ρ-潤滑油密度，kg/m3

C-潤滑油比熱，J/（kg.K）

Δt-潤滑油溫升，K

Nma=74.92kW

主風(fēng)機功率經(jīng)上式計算可得：

Nc=21131.3kW（2019年11月25日），20426.73kW

（2019年12月5日）

齒輪箱耗功Ng=95kW

聯(lián)軸節(jié)耗功Np=193.5kW

則煙機軸功率：

Ne=Nc+Ng+Np-Nm=16905.2kW（2019年11月25日），23230.97kW（2019年12月5日）

雙動滑閥煙氣通過量計算：

雙動滑閥內(nèi)徑為1400mm，全開面積為5500cm2

雙動滑閥開度對應(yīng)流通面積為627.15cm2（2019年11月25日），211.04cm2（2019年12月5日）

Ge‘=AC0Y[（P1-P2）P1M/（T1Z）]1/2/（1.82×10-3）

式中：

Ge‘-雙動滑閥通過煙氣量，kg/s

A-雙動滑閥通道面積

C0-流量系數(shù)

Y-膨脹系數(shù)

P1-滑閥前絕壓，105Pa

P2-滑閥后絕壓，105Pa

M-煙氣平均相對分子量

T1-滑閥前煙氣溫度，K

Z-壓縮系數(shù)，在此等于1

經(jīng)查表得C0=0.58，Y=0.86，M=29.58。

滑閥前絕壓3.85*105Pa，滑閥后絕壓1.18*105Pa

帶入可算得雙動滑閥通過煙氣量：

Ge‘=22.78kg/s（2019年11月25日），7.68kg/s（2019年12月5日）

煙機入口煙氣量：

Ge=77.73kg/s（2019年11月25日），93.79kg/s（2019年12月5日）

煙機效率計算：

式中：

ηe-煙機總效率;

Ne-煙機軸功率，kW

Ge-煙機入口流量，kg/s

Cpe-煙機盡出口煙氣平均定壓比熱，kJ/（kg.K）

Ti-入口煙氣溫度，K

Pe-煙氣出口壓力，kPa

Pi-煙氣入口壓力，kPa

K-煙氣絕熱指數(shù)，1.2872

煙機效率經(jīng)上式計算可得：ηe=67.92（2019年11月25日），76.62%（2019年12月5日）

2 結(jié)論

經(jīng)煙機功率計算可知：通過對煙機進(jìn)行在線在線除垢，煙機效率由在線除垢前的67.92%提升至76.62%并實現(xiàn)煙機發(fā)電，改善了煙機的做功能力，實現(xiàn)裝置節(jié)能降耗，為裝置長周期平穩(wěn)運行打下基礎(chǔ)。

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